基于AT89S52和FAT16的SD卡读写系统设计

主引导记录区(Main BootRecord，MBR)位于物理磁盘第零扇区。MBR中有硬盘分区记录表(Disk Partition Table，DPT)，DPT记录了各逻辑分区的相对偏移。SD卡不支持多分区，在1个SD卡中只有1个分区，因此在SD卡上的DPT只有1个分区表项被占用。系统引导记录区(DOS Boot Record，DBR)位于磁盘逻辑分区的第0扇区，是操作系统可以访问的第1个扇区，它其中包含1个称为BPB(Bios Parameter Block)的本分区参数记录表。BPB记录着本分区的根目录大小、FAT、个数、磁盘介质描述、分配单元大小等重要参数。

DBR之后是FAT(File Allocation Table，文件分配记录表)，记录文件在磁盘上的存储位置。在Windows系统中，文件存储的单位是簇而不是字节，1个文件不是连续地存放于磁盘的某一区域，而往往分成若干段，像链子一样存放。FAT表记录了每个文件的起始簇号、后继簇号和终止簇号。FAT表中的每个表项对应数据存储区中的1个簇，由于FAT表对文件管理的重要性，FAT表有1个备份。
DIR是根目录区，紧接着第2个FAT表(FAT2)之后，记录着根目录下每个文件的起始簇号、大小等属性。操作系统根据DIR中文件的起始簇号和大小，结合FAT表来定位文件。FAT16文件系统中1个文件的存储示意图如图5所示。

3．2 SD卡指令规范
单片机通过相应指令与SD卡进行交互。SD卡有特定的指令格式，都是6字节长，最高有效位(MSB)传输优先，如图6所示。

SD卡指令的最高2位“01”是SD卡指令的开始标志，最后1位“1”是结束标志。6位的指令是SD卡的指令序号，例如CMD17的6位指令即17的二进制表示010001。指令参数占4字节，具体内容参照SD卡规范。7位CRC校检的生成多项式为G(x)=x7+x3+1。事实上SD卡在进入SPI模式后，不再通过CRC码来确认指令的传输正确与否，指令中的7为CRC校检，只在SD模式下起作用。因此仅SD卡上电后的第1条切换SPI模式指令CMd0 需要校检码，而此校检码是固定的0x95，其他指令的CRC均置1即可。SD卡响应有4种格式，不同指令对应不同响应，具体内容可参看SD卡规范。
3．3 SD卡读写驱动
3．3．1 SPI时序模拟
用软件来模拟SPI总线的具体方法是：将SCK的初始状态置0，允许接收后(即CS置0)将SCK置1，这样单片机由DI线输出1位数据到SD卡；接着再将SCK置0，单片机由DO线从SD卡读1位数据。至此，模拟1位数据输入输出完成。此后再将SCK置1，依次循环8次，完成SPI总线1字节数据的输入输出。
以下是本系统软件模拟SPI时序的汇编代码。以通用寄存器A作为函数参数，实现将寄存器A中的数据通过SPI总线发送出去，并将从SPI总线读到的数据存到寄存器A中。